珠峰北坡绒布河谷局地环流的模拟分析

对珠峰北坡绒布河谷地区大气观测实验发现,绒布河谷中地面气流存在明显的日变化,但有别于其它地区的山谷风系统:在凌晨至正午前后基本为＜2m·s-1的小风,而午后至午夜则盛行来自珠峰方向的偏南下山风.由于珠峰北坡地区地形复杂,绒布河谷中地面气流的日变化可能是山谷风、坡风与冰川风等环流系统共同作用的结果.为了分析绒布河谷中风场日变化的主要驱动因子,本文利用一个中尺度气象模式对绒布河谷中典型风场进行了模拟,并借助观测资料对模拟结果进行了检验,进而对风场的时空分布特征及其变化原因进行了探讨.     

HEST2007珠峰北坡风廓线观测研究

为了研究青藏高原南部喜马拉雅山区局地大气环流系统,继2006年HEST2006大气科学实验之后,2007年中国科学院大气物理研究所和中国科学院青藏高原研究所在珠穆朗玛峰北坡实施HEST2007综合观测.本文使用该观测实验中LAP-3000风廓线仪获得的绒布河谷内三维风场观测资料,并结合地面辐射资料,分析研究了该地区观测期间局地大气环流的日变化和逐日变化过程.研究表明,该地区局地环流系统,特别是沿河谷的轴向风,与其上空西风环流间存在非常紧密的联系,这种联系似乎与不同天气条件下喜马拉雅山区的大气辐射状况有关,即高层西风环流较强的阶段,地面辐射较强,激发出的局地环流也较强,反之亦然.     

珠峰绒布河谷近地面层气象要素及湍流通量变化

利用2006年5～6月和2007年5～6月中国科学院HEST大气科学实验在珠峰绒布寺河谷野外观测期间获得的观测资料,分析了珠峰地区河谷近地层风向、风速、温度、湿度和CO2的日变化特征,讨论了珠峰北坡冰川风和山谷风的特点以及高原地表辐射、地表反照率和近地层湍流通量的变化特征.结果表明:在复杂地形和特殊下垫面影响下,珠峰绒布河谷地区近地面层各个气象要素和湍流通量日变化特征显著,并且明显存在冰川风和山谷风复合的局地环流,冰川风对该地区地气间物质能量交换起着重要作用.     

珠穆朗玛峰北坡绒布河谷地面风特征的初步分析

2006年5～6月, "2006珠峰野外观测实验"在青藏高原珠穆朗玛峰(简称珠峰)北坡绒布河谷中进行,沿河谷设立了3个站点,对河谷中的大气环流状况、热力和辐射状况等进行了观测.利用绒布河谷中平均地面风场资料,研究了该河谷中地面风场的日变化结构特征.结果表明,珠峰北坡绒布河谷中地面风场存在明显的日变化,自上午12:00(北京时间)左右至午夜该河谷地区为来自珠峰方向的偏南风控制,该风场日变化与普通山区的山谷风环流日变化存在很大差别.从3个站点风场日变化来看,偏南风首先在河谷南部开始,然后沿河谷向北发展.沿河谷轴线方向不同地点风场日变化有较大差异:偏南风出现时间随距珠峰的距离依次滞后,距珠峰最近的站点观测到的偏南风最大且持续时间最长,而距离珠峰最远的站点偏南风最弱且持续时间最短,甚至出现长时间的偏北风.研究表明,由于珠峰北坡地区地形复杂,地形高度落差大,地表状况分布不均,因此绒布河谷中的主导风是山谷风、坡风以及冰川风等多种局地风系统耦合的结果.     

青藏高原珠峰绒布河谷地区大气近地层观测研究

利用“珠峰环境监测2001”期间获得的绒布河谷近地层观测资料,分析研究了珠峰地区近地层大气温度、湿度、风向风速、地表温度和辐射等气象要素的日间平均分布规律,并探讨了它们之间的相互关系,指出诸如下垫面性质、地形特征、水陆分布差异等造成珠峰地区气象要素特殊分布的原因,为全面认识青藏高原大气边界层结构,考察珠峰环境,研究该地区地-气之间物质和能量交换提供科学的事实依据。     

珠穆朗玛峰绒布河谷近地层大气湍流及能量输送特征分析

利用中国科学院2005年珠穆朗玛峰地区科学考察期间 (4月2日至6月7日) 收集的大气观测资料,分析了珠峰绒布河谷近地层水平风速、温度、湍流强度、湍流通量日变化及地表能量平衡特征。通过分析得出近地层三维风速方差与稳定度的关系基本满足1/3次方规律;珠峰绒布河谷近地层大气水平风速、温度、动量通量、感热通量和潜热通量均存在明显的日变化;地表获得的能量很大一部分以感热形式散失掉了,潜热所占比重很小。另外,还发现绒布河谷地区地表能量通量各分量并不满足能量平衡方程Rn=Hs+Le+G。通过对地面加热场的分析发现珠峰地表白天是强热源,晚上转变为弱冷源。     

珠峰北坡绒布河谷大气物质交换的观测研究

利用2006年6月中国科学院HEST大气科学实验珠峰北坡观测期间获得的风廓线雷达资料,对沿河谷横截面方向的大气体积(质量)通量进行了估算,分别计算了6月(6月1～30日)、强风(6月9～21日)和弱风期间(6月22～30日)3个时期的平均体积通量.研究表明,大气体积通量日变化随高度分布在不同期间存在一定的差异:在6月平均和强风期间,河谷截面内总体积通量均为正值,即大气物质由南向北流出河谷;在弱风期间,总体积通量在早上有较小的负值,其他时间为正值.山谷中盛行的复合下泄流体积通量相当大,平均日总量可达6.3×1011m3,强、弱风期间的体积通量相差很大,就日总体积交换量而言,后者为前者的53%.     

珠峰绒布河谷大气边界层结构的数值模拟

利用中尺度气象模式RAMS对2006年6月12～16日珠峰绒布河谷地区大气边界层结构进行了模拟,并将模拟的风温时空分布与风廓线仪LAP3000的观测资料进行了对比分析.结果表明,绒布河谷地区的局地环流具有明显的日变化(午后至夜间盛行山风,可持续12h,且风速较大;在山风盛行期间,山风的影响高度可达400～700m左右),其中下垫面不均匀性导致的温度差异是引起局地环流的主要因素;RAMS模式较好地反映了绒布河谷地区局地环流的时空变化特征.     

华北地区气溶胶垂直分布特征的观测与分析

利用2006 2013年CALIOP激光雷达Level 1B数据的气溶胶衰减后向散射系数、退偏比和色比观测,分析了华北地区大气气溶胶光学特性的垂直分布特征。统计结果显示:2010-2013年,华北地区4-8 km高度范围内衰减后向散射系数均值呈减小的趋势,而0-4 km高度范围内衰减后向散射系数均值呈增长趋势。说明2010年以后近地面层(0-2 km)气溶胶散射作用逐渐增强,高层(4-8 km)气溶胶散射作用逐渐降低,这与近年华北地区霾天气(颗粒物主要聚集在近地层)日趋增加、沙尘天气(沙尘气溶胶层经常存在于4-8 km的范围)有所减少相吻合。20062013年,华北地区冬季0-4 km高度范围内衰减后向散射系数均值最大,近地面层气溶胶散射作用最大,这与该地区冬季取暖燃烧排放增加有关。春、秋两季4-8 km高度范围内衰减后向散射系数均值较大,夏季0-8 km各高度范围内衰减后向散射系数均最小,说明春、秋季节的气溶胶散射贡献主要来自4-8 km的对流层上部大气。春季对流层上部的高后向散射系数与华北地区春季频发的沙尘天气有关,秋季对流层上部的高后向散射系数与华北收获季节的生物质燃烧有关。2008年以后,华北地区2-8 km范围内各高度层的退偏比均值逐年减小,这说明规则的球形气溶胶粒子在近几年有所增加。0-4 km范围的低层大气,2009年后色比均值缓慢增加。而6-8 km范围内的色比均值从2008年后一直都是减小的,说明2008年后对流层上部大气(4-8 km)气溶胶粒子的尺度在减小,这也与近几年沙尘天气减少、霾天数增加的现象是一致的。0-8 km各个高度范围内的退偏比和色比均值春季最大,且退偏比随着高度的增加而增加,再次证明春季华北受沙尘天气影响,不规则的粗粒子气溶胶最多。夏、冬季节近地面层(0-2km)退偏比和色比均值略大于2-4 km高度层的,夏、冬两季近地面主要以人为活动排放的气溶胶为主,冬季除了汽车尾气排放和工业排放外,还有取暖增加的排放。近地面层易受人为活动影响混合一些不规则气溶胶。     

北极臭氧垂直分布和天气尺度变化的观测研究

北极地区臭氧对北极气候和环境系统起着重要作用。研究其分布和变化有助于了解北极的气候和环境及其对全球气候系统的影响,有助于气候和环境变化的数值预报。中国北极科学探测1999在北冰洋楚可奇海域成功的进行了大气臭氧观测。通过在中国“雪龙”号破冰船甲板上（于1999年8月18-24日在75°N,160°W附近处）释放大气臭氧探空仪获得了高分辨率的大气垂直结构和臭氧分布资料,可以进行大气尺度的大气臭氧变化研究。分析大气监测资料、TOMS臭氧总量资料和NCEP大气环流资料表明,大气臭氧总量随着对流层顶的低一高一低变化呈高一低一高的变化过程。研究还表明,大气柱的臭氧总量与13公里以下的大气臭氧含量关系密切,而在约20公里处的大气臭氧浓度最大值的变化与整个气柱臭氧的关系不大。500 hPa天气形势图上一个弱一强一弱的西南天气型造成的弱臭氧平流可能是这次臭氧变化的主要原因。     

珠穆朗玛峰北坡局地环流日变化的观测研究

青藏高原地-气间的物质/能量交换是高原与全球大气系统相联系的重要纽带.陡峭的地形和强烈的地表差异在高原山区形成特殊的局地大气环流系统,在地气交换中起着重要作用.为研究珠峰北坡的局地环流系统,于2006年5～6月间在珠峰北坡绒布河谷实施强化观测实验HEST2006,对该地区的局地环流以及辐射和热力状况进行观测,分析了该地区局地环流的日变化过程,包括:(1)地面风场的分布和变化;(2)风场垂直结构;(3)垂直运动及可能的驱动机制.研究表明,该地区局地大气环流是由地形与地表状态调整的大气辐射加热和冷却所驱动,包含多种不同的山地环流成分,与典型山谷风环流不同,具有很强的特殊性,对地气问的交换有重要影响.     

青藏高原珠峰绒布河谷地区近地层湍流输送特征

利用2006年6月和2007年6月中国科学院HEST大气科学实验在珠峰绒布河谷地区获取的近地层湍流观测资料,分析了近地层湍流谱特征和方差统计特征,讨论了上下2层(2m和8m)基本气象要素和湍流通量的日变化特征.结果表明,珠峰地区湍流能谱基本上符合Monin-Obukov相似性理论在惯性副区的变化规律;由于山谷复杂地形和下垫面的影响,湍流方差统计值均小于高原其它地方;珠峰地区近地层感热通量白天下层大于上层,夜间相反;潜热通量一天内基本上上层大于下层.     

珠峰北坡绒布河谷地面风场变化的比较研究

利用2007年6月强化观测实验期间获得的大气观测资料和同时期的NCEP/NCAR大尺度再分析资料,结合2006年同期的分析结果,进一步研究了珠峰北坡绒布河谷地区的地面风场状况及其对南亚夏季风的响应,并与2006年的结果进行了比较.结果表明,2007年6月绒布河谷地区的风场也存在强弱变化,其逐日变化也与南亚夏季风指数有一定关系:在绒布河谷弱风期间,南亚夏季风强盛,在孟加拉湾和阿拉伯海地区形成的强烈涡旋可以把暖湿气流向西北方向输送,从而在河谷地区形成温度和湿度高值;在局地强风期间,南亚夏季风季风指数变化较大,此时绒布河谷地区的风场变化对季风的响应很小,可能主要为大气热力驱动.比较2006年和2007年的观测结果表明,南亚夏季风可以通过改变局地辐射和热力状况的改变而影响珠峰北坡绒布河谷地区地面环流的变化,但其影响程度随季风的强弱可能有所不同.     

珠穆朗玛峰北坡地区的气温分布及其垂直梯度分析

在资料比较稀少的珠穆朗玛峰北坡地区进行气象观测对于研究该地区的气候变化及其对冰川变化的影响具有重要意义.利用不同海拔(5 207,5 550,5 792和5 955 m)的4个自动气象站和高空探测资料,分析了珠穆朗玛峰北坡近地面和自由大气的温度分布状况及其梯度变化特征.结果表明,年平均日变化气温5 207 m站的升温速率最快,5 550 m站次之,5 792m和5 955m站最小,4个站月平均最高(低)气温分别为5.7℃(-9.3℃)、4℃(-6.5℃)、1.4℃(-14.8℃)和1.3℃(-15.4℃);气温递减率有明显的季节变化特征,最大(小)值出现在1月(3月),其值约为1.07℃·(100 m)-1(0.12℃·(100m)-1),年(春、夏、秋季)平均日变化幅度白天大、夜晚较小,冬季全天比较平缓,夏季在00:00-09:00(北京时)出现正值,其他季节全天皆为负值;自由大气的温度递减率值大部分都在0～1℃·(100 m)-1之间,海拔5 200～6 000m之间的平均温度递减率值为0.78℃·(100m)-1.     

珠穆朗玛峰北坡地区河谷局地环流特征观测分析

利用中国科学院珠穆朗玛峰大气与环境综合观测研究站的大气边界层塔站数据分析了珠峰北面一处河谷中局地环流的日变化特征.发现该河谷中的局地环流主要受山谷风和冰川风的影响,后者自影响主要集中在下午和傍晚,冰川风强度较大,地面最大风速达到10 m·s-1.冰川风开始出现的时间通常是气温达到一天中最高的时刻,这表明冰川风气流温度较低,带来了降温.另外,对空气湿度变化的分析中也能发现冰川风气流的影响.     

青藏高原异常雪盖和ENSO在1998年长江流域洪涝中的作用

1997/1998年冬季青藏高原大部地区积雪异常偏多，出现了历史上罕见的严重雪灾。作者在回顾关于青藏高原雪盖与中国季风雨关系的基础上，分析了1998年夏季各月中国东部降水分布和主要雨带移动的特点，并与青藏高原多雪年夏季我国主要雨带活动的统计特征进行对比分析，探讨了1998年夏季长江流域洪涝的成因。结果表明，1998年夏季降水的一些重要特征:如6月强降雨出现在湖南、江西、浙江一线，7月二度梅发生在湖南北部、湖北南部、江西北部一带，8月长江上游、汉水流域和黄淮地区降水频繁，以及夏季我国主要雨带北移明显推迟，都与多雪年的情况非常相似。突出地反映了1998年夏季长江流域洪涝的发生，前期冬季青藏高原出现的积雪异常起着重要的作用。多雪年夏季西太平洋副热带高压北移也明显偏迟，致使中国主要雨带持续偏南，造成长江流域降水异常偏多。另外，分析表明，它还与1997年强厄尔尼诺的共同作用有密切关系。     

珠峰北坡地区地表辐射和能量季节变化的初步分析

对青藏高原地区地表能量的研究是一个十分重要的问题.利用中国科学院珠穆朗玛峰大气与环境综合观测研究站2006年5月至2007年4月一年的观测资料,分析了青藏高原珠峰地区的地表能量,即净辐射通量、感热通量、潜热通量和土壤热通量,得到了一些有关珠峰地区地表能量的结果,即太阳总辐射、大气长波辐射、地面长波辐射和净辐射呈现出明显的年变化特征,净辐射、感热通量、潜热通量和土壤热通量得到的日变化是很明显的.并且讨论了计算地表能量通量的方法及其优缺点.